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耐火原料的可能发展方向
发布时间:2025-06-10 浏览量:46

为了制备长寿命耐火材料,需要使用优质原料。所谓的“优质”原料,近年来被理解为“化学成分和相组成更纯的”原料。这与我们目前使用的一些耐火材料的性能有关,即材料与腐蚀性介质(熔融物、气相介质、粉尘、蒸气等)中的一些成分反应后生成具有高的熔融温度和体积稳定性的化合物。这种化合物生成反应时依靠耐火材料晶体内的晶格在自己的空间内吸收一定数量阳离子,又不会明显改变晶格参数。而在这种配价中耐火材料的寿命极限,就是晶格饱含所吸收的阳离子,直到晶格参数开始发生变化(材料的结构开始松动、熔化和弱化)的极限。

近30年来,耐火材料寿命按照简单的方法取得了较大提高:依靠提高所用原料的纯度提高了耐火材料的吸收能力,从而通过这一途径延长了其使用寿命。此外,依靠提高材料结构的完善性(使用熔融材料或高温煅烧材料)延长其损毁前的更多使用时间。这样延缓了侵蚀性成分在耐火材料中的溶解过程,能减少侵蚀性成分对耐火材料基体润湿的材料(如大鳞片石墨、氧化铬等)是侵蚀性介质中阳离子向耐火材料结构内渗透过程中的一种保护屏障。这种方法能够使耐火材料的寿命提高几倍。但是,采用这种办法不能无限制地提高耐火材料的寿命,因为不可能在耐火材料构成中使用100%的主要成分。而且使用100%纯的材料,工艺复杂且价格高昂。

环顾相近的材料科学就会看到,相近材料科学中也存在类似的任务,即要想提高材料的使用温度,需要解决创造高熵材料的问题。高熵材料的特点是阳离子的内部原子无序分布,这导致形成复杂的晶体结构以及显著的晶格畸变。这种情况下,高熵可保证这一类材料在高温下的热力学稳定性。例如,(Sm0.2Eu0.2Tb0.2Dy0.2Lu0.2)2Zr2O7就是一种大家所认知的且积极利用的耐火材料体系,是尖晶石材料。我们习惯于铬铁矿的分子式(Fe,Mg)(Fe,Cr,Al)2O4,但是其实际上的晶体化学分子式是另外一种形式,如:

(Fe2+5.82Mg1.41Mn0.40Zn0.37)8(Cr12.96Fe3+2.71Al0.14Ti0.09)16O32这实际上是高熵材料。

目前有什么方法可使铬铁矿(以原始形式——精矿或矿石形式,或以加工后的形式——熔融或合成铬铁矿/尖晶石的形式)成为动力学上最稳定的而且抗侵蚀性效果最好的耐火材料。目前,陶瓷高熵材料可以利用相当多的方法进行合成,但是所有这些方法的起源归为三类:

——以溶液的方式进行混合(水溶液、有机物溶液);

——以干物质的方式混合(共磨、研磨);

——以熔融物的方式进行混合(熔融物的合金化);

在选择最佳方法时,显然,将考虑其经济合理性,但是,从成本角度来看最廉价的方法目前还是在封闭的水循环体系中进行的湿法化学工艺。

有可能,我们在某些方面是错误的,在传统的发展道路上还有一些诱人的方法等着我们开发,这些开发可能在未来的30年内将耐火材料内衬的寿命提高十倍以上。但是我们也看到,所有的耐火材料工作人员必须要掌握新的水化学工艺,至少要将其用于制备尖端材料。

(编译自俄罗斯期刊 )


关键词:耐火原料 耐火材料
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